WO2012029904A1 - 円筒状モールドの製造方法、及びその方法に用いる装置 - Google Patents

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transfer
ultraviolet
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隆人 稲宮
秀史 小坪
賢志 橋元
栄三 甲斐田
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株式会社ブリヂストン
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    • B29C33/38Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
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    • B29C59/04Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing using rollers or endless belts

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a cylindrical mold for nanoimprinting that can be advantageously used for manufacturing electronic devices, optical components, recording media, and the like, in particular, a cylindrical mold having a large diameter, and an apparatus used for the method.
  • the progress of fine processing technology using light or electron beam is remarkable, and processing is achieved with accuracy of 100 nm for light and 10 nm for electron beam.
  • these fine processing apparatuses are expensive, a cheaper processing technique is required.
  • a method of forming a desired circuit pattern or the like on a silicon substrate or the like by nanoimprint technology is being established.
  • the nanoimprint technology is a microfabrication technology for realizing a finer structure as compared with the conventional press technology.
  • This technique itself has no limit in resolution, and the resolution is determined by the accuracy of mold (ie, mold) production. Therefore, as long as the mold can be manufactured, it is possible to form an ultrafine structure with an apparatus that is easier and much cheaper than conventional photolithography.
  • a concavo-convex pattern is transferred to a thermoplastic resin or a photocurable resin by using a flat mold in which a concavo-convex pattern is formed on the surface of a substrate such as silicon, quartz, or nickel.
  • a method of performing nanoimprinting in a short time using a cylindrical (roller type) mold has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 discloses a cylindrical mold manufactured by a method in which a mold manufactured on such a silicon substrate is provided on a cylindrical portion.
  • a large area is preferable in terms of productivity improvement, but it is extremely difficult to directly produce a large area mold (a large diameter mold in the case of a cylindrical shape) by the method described above. It is.
  • Patent Document 2 in order to make a roll stamper (that is, a cylindrical mold) a large area, a master roll is manufactured by pressing and engraving from a flat master, and a circle having an area larger than that of the master roll.
  • a method is disclosed in which a roll stamper is scaled up by repeating a process of pressing and engraving a transfer roll having a peripheral portion several times.
  • Patent Document 2 uses indentation engraving, it is considered difficult to transfer a fine uneven pattern with high accuracy.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a cylindrical mold that can be advantageously used for nanoimprinting, in particular, a large-diameter cylindrical mold, which can be manufactured with high productivity and high accuracy. is there.
  • the present invention also provides an apparatus for using the cylindrical mold for manufacturing.
  • the above object is a method for producing a cylindrical mold having a fine uneven pattern on its outer peripheral surface, from a light-transmitting cylindrical member and a photocurable transfer layer deformable by pressure formed on its outer peripheral surface. While rotating the cylindrical transfer plate having the outer cylindrical portion, the fine layer of the original mold having a fine concavo-convex pattern on the surface that moves the transfer layer of the outer cylindrical portion in the same direction as the cylindrical transfer plate.
  • the photocurable transfer layer is a layer that can be accurately transferred by pressing the surface of the fine concavo-convex pattern of the mold.
  • the present invention by using a cylindrical transfer plate in which a photocurable transfer layer is formed on the outer peripheral surface of a light transmissive cylindrical member, it is possible to irradiate the photocurable transfer layer with ultraviolet rays from the inner peripheral side of the cylindrical member. I have to. Then, while rotating the cylindrical transfer plate, the concave / convex pattern of the original mold is transferred to the photocurable transfer layer by bringing the photocurable transfer layer into contact with the original mold under pressure, and the cylindrical member is transferred to the transfer region. By irradiating ultraviolet rays from the inner peripheral side of the substrate and curing the transfer region, a reverse concavo-convex pattern can be continuously formed on the transfer layer.
  • the preferred embodiment of the method for producing a cylindrical mold of the present invention is as follows.
  • An ultraviolet lamp provided inside the inner cylindrical portion, A condensing unit that collects ultraviolet rays irradiated from the slit to the outer peripheral side; and a shutter provided in the slit and capable of controlling on / off of the irradiation of the ultraviolet rays and an irradiation range.
  • the condensing part is a cylindrical lens. Thereby, it can condense on the area
  • the light-transmitting cylindrical member has a transmittance at a wavelength of 300 to 450 nm in the thickness direction of 80% or more and a haze in the thickness direction of 3.0 or less. Thereby, hardening of a photocurable transfer layer can be performed at higher speed, and production efficiency can be improved.
  • the said photocurable transfer layer consists of a photocurable composition containing the reactive diluent which has a polymer and a photopolymerizable functional group. Thereby, it can be set as the photocurable transfer layer hardened
  • the original mold is a cylindrical original mold. Thereby, a cylindrical mold can be manufactured more efficiently.
  • the diameter of the cylindrical transfer plate is larger than the diameter of the cylindrical original mold.
  • the object is to provide a light-transmitting cylindrical member, an outer cylindrical portion made of a photocurable transfer layer deformable by pressure formed on the outer peripheral surface thereof, and an inner peripheral side of the outer cylindrical portion,
  • a cylindrical transfer plate provided with an ultraviolet irradiation unit capable of locally irradiating ultraviolet rays to a partial region of the transfer layer and moving the ultraviolet irradiation region;
  • An original mold having a fine concavo-convex pattern on the surface, disposed opposite to the cylindrical transfer plate, While rotating the cylindrical transfer plate, the transfer layer of the outer cylindrical portion is brought into contact with the original mold under pressure, and a press rotating means for transferring a fine uneven pattern of the original mold to the transfer layer, and Ultraviolet irradiation for irradiating the transfer region of the transfer layer locally with ultraviolet rays from the ultraviolet irradiation unit and moving the irradiation region of the ultraviolet rays in conjunction with the movement of the transfer region as the cylindrical transfer plate rotates. It is also achieved by
  • Preferred embodiments of the cylindrical mold manufacturing apparatus of the present invention are as follows.
  • the inner cylindrical portion made of an ultraviolet shielding cylindrical member, the ultraviolet irradiation portion being rotatable independently of the outer cylindrical portion, and having a slit in a part thereof,
  • An ultraviolet lamp provided inside the inner cylindrical portion,
  • a condensing unit that collects ultraviolet rays irradiated from the slit to the outer peripheral side; and a shutter provided in the slit and capable of controlling on / off of the irradiation of the ultraviolet rays and an irradiation range.
  • the condensing part is a cylindrical lens.
  • the light-transmitting cylindrical member has a transmittance in the thickness direction of a wavelength of 300 to 450 nm of 80% or more and a haze in the thickness direction of 3.0 or less. Thereby, it can be set as the apparatus which can harden
  • the said photocurable transfer layer consists of a photocurable composition containing the reactive diluent which has a polymer and a photopolymerizable functional group. Thereby, it can be set as the photocurable transfer layer hardened
  • the said original mold is a cylindrical original mold. Thereby, it can be set as the apparatus which can manufacture a cylindrical mold more efficiently.
  • the diameter of the cylindrical transfer plate is larger than the diameter of the cylindrical original mold. Thereby, since it can be continuously transferred to a large-diameter cylindrical transfer plate using a small-diameter cylindrical original mold, an apparatus capable of efficiently producing a large-diameter cylindrical mold can be provided.
  • a cylindrical transfer plate having a photocurable transfer layer formed on the outer peripheral surface of a light transmissive cylindrical member photocuring is performed from the inner peripheral side of the cylindrical member.
  • the transfer layer can be irradiated with ultraviolet rays.
  • the concave / convex pattern of the original mold is transferred to the photocurable transfer layer by bringing the photocurable transfer layer into contact with the original mold under pressure, and the cylindrical member is transferred to the transfer region.
  • a reverse concavo-convex pattern can be continuously formed on the transfer layer.
  • the method of the present invention it is possible to provide a cylindrical mold having a high-precision transfer of the concave / convex pattern of the original mold with high productivity.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a cylindrical transfer plate used in the method for producing a cylindrical mold of the present invention.
  • the cylindrical transfer plate 50 has an outer cylindrical portion 20 composed of a light-transmissive glass or plastic cylindrical member 12 and a photocurable transfer layer 13 that is deformed by pressure formed on the outer peripheral surface thereof.
  • the ultraviolet irradiation unit 30 is provided on the inner peripheral side.
  • the ultraviolet irradiation unit 30 includes a mechanism capable of locally irradiating ultraviolet rays from the inner peripheral side to a part of the photocurable transfer layer 11 of the outer cylindrical portion 20 and moving the ultraviolet irradiation region. It is preferable.
  • the ultraviolet irradiation unit 30 in FIG. 1 is rotatable independently of the outer cylindrical part 20, and includes an inner cylindrical part 22 made of an ultraviolet shielding metal or plastic cylindrical member having a slit 24 in part, and an inner cylindrical part 22.
  • an ultraviolet lamp 23 provided inside
  • a condensing part 25 for condensing ultraviolet rays irradiated from the slit 24 to the outer peripheral side in a predetermined region
  • slits 24 are provided to turn on / off ultraviolet irradiation and to irradiate ultraviolet rays.
  • a shutter 26 capable of controlling the range is provided.
  • the condensing part 25 may be anything as long as it can locally condense on a predetermined region of the photocurable transfer layer 13, but a cylindrical lens that can condense on the region on the line is preferable.
  • the shutter 26 is preferably a shutter that can control not only the circumferential width of the slit 24 of the inner cylindrical portion 22 but also the axial width so that the ultraviolet irradiation range can be further limited.
  • the outer cylindrical part 20 and the ultraviolet irradiation part 30 may be integrated, but a cartridge type in which the outer cylindrical part 20 can be detached from the ultraviolet irradiation part 30 and another outer cylindrical part can be mounted is preferable in terms of cost.
  • the cylindrical member 12 in the outer cylindrical part 20 is light transmissive so that it can be cured by irradiating the photocurable transfer layer 13 formed on the outer peripheral surface with ultraviolet rays from the inner peripheral side, Things can be used.
  • the transmittance of the cylindrical member 12 at a wavelength of 300 to 450 nm in the thickness direction is 80% or more, and the haze in the thickness direction is 3.0 or less. Thereby, it can be set as the apparatus which can harden
  • the material of the cylindrical member 12 include glass or ultraviolet transparent transparent plastics such as polyethylene and polypropylene.
  • the thickness of the cylindrical member 12 is not particularly limited as long as it has a strength that does not cause breakage when transferred from the original mold or when used as a cylindrical mold. Generally, it is 0.5 to 10.0 mm, preferably 1.0 to 5.0 mm.
  • the photocurable transfer layer 13 in the outer cylindrical portion 20 can be deformed by pressurization, and by pressing the fine uneven pattern surface of the original mold, the inverted uneven pattern can be accurately transferred and peelable after curing. It is also an excellent transfer layer.
  • the photocurable composition forming the photocurable transfer layer 11 is preferably a polymer, a photopolymerizable functional group (generally a carbon-carbon double bond group, preferably a (meth) acryloyl group (acryloyl group). And a reactive diluent (monomer and oligomer) having a methacryloyl group, the same shall apply hereinafter)), and optionally further comprising a photopolymerizable initiator and other additives. Details of these will be described later.
  • the method for producing a cylindrical mold of the present invention uses a cylindrical transfer plate 50 as described above, and an original mold having a fine concavo-convex pattern on the surface that moves in the same direction as the cylindrical transfer plate 50 while rotating it.
  • the concavo-convex pattern is brought into contact under pressure, and the concavo-convex pattern is transferred to the photocurable transfer layer 13.
  • the transfer region of the photocurable transfer layer 13 is irradiated with ultraviolet rays from the inner peripheral side of the outer circumferential portion.
  • a reverse concavo-convex pattern is continuously formed on the transfer layer by curing.
  • the original mold can be a flat original mold or a cylindrical original mold.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example using a flat plate precursor mold in the method for producing a cylindrical mold of the present invention.
  • a part of the photocurable transfer layer 13 on the outer peripheral surface of the cylindrical transfer plate 50 rotating in the direction of the arrow is brought into contact with a part of the fine concavo-convex pattern 62 of the flat plate original mold 60 under pressure. Since the cylindrical transfer plate 50 is cylindrical, a linear transfer region 15 having a certain width is formed in the photocurable transfer layer 13 at a contact portion with the flat plate mold 60. Then, ultraviolet rays are locally applied to the transfer region 15 from the ultraviolet irradiation unit 30, and the transfer region 15 in the photocurable transfer layer 13 is locally cured (FIG. 2A).
  • the ultraviolet irradiation unit 30 moves the ultraviolet irradiation region in conjunction with the movement of the transfer region of the photocurable transfer layer 13 to the transfer region 15 ′ with the rotation of the cylindrical transfer plate 50.
  • the steps shown in FIGS. 2A and 2B can be performed continuously.
  • the ultraviolet irradiation control means for setting the range of the ultraviolet irradiation region and controlling the movement of the irradiation region may be incorporated in the cylindrical transfer plate 50 or may be controlled by an external signal.
  • the size of the flat plate mold 60 is not particularly limited.
  • the rotation of the cylindrical transfer plate 50 is stopped at the end of the plate-shaped original mold 60, and the plate-shaped original mold 60 is shifted and transfer is resumed.
  • the inverted concavo-convex pattern 17 can be formed in the entire area of the photocurable transfer layer 13.
  • the cylindrical transfer plate 50 is rotated once in a state of being pressed against the flat plate mold 60;
  • the inverted concavo-convex pattern 17 can be formed in the entire region of the photocurable transfer layer 13 by repeating the same operation while shifting the flat plate mold 60 by the width. At this time, it is necessary not to cure the photocurable transfer layer 13 other than the transfer region by narrowing the width in the axial direction of the ultraviolet irradiation region by the ultraviolet irradiation unit 30 to the width of the flat plate mold 60.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example using a cylindrical original mold in the method for producing a cylindrical mold of the present invention. Except that the original mold is rotated together with the cylindrical transfer plate 50, it is the same as the case of using the above-mentioned flat original mold.
  • a part of the photocurable transfer layer 13 on the outer peripheral surface of the cylindrical transfer plate 50 rotating in the direction of the arrow is brought into contact with a part of the fine uneven pattern 72 of the cylindrical original mold 70 under pressure. Since the cylindrical transfer plate 50 is cylindrical, a linear transfer region 15 having a certain width is formed in the photocurable transfer layer 13 at a contact portion with the cylindrical original mold 70. Then, ultraviolet rays are locally irradiated from the ultraviolet irradiation unit 30 to the transfer region 15, and the transfer region 15 in the photocurable transfer layer 13 is locally cured (FIG. 3A).
  • the ultraviolet irradiation unit 30 moves the ultraviolet irradiation region in conjunction with the movement of the transfer region of the photocurable transfer layer 13 to the transfer region 15 ′ with the rotation of the cylindrical transfer plate 50.
  • the steps shown in FIGS. 2A and 2B can be performed continuously.
  • corrugated pattern 17 can be formed in the whole region of the photocurable transfer layer 13.
  • FIG. The ultraviolet irradiation control means for setting the range of the ultraviolet irradiation region and controlling the movement of the irradiation region may be incorporated in the cylindrical transfer plate 50 or may be controlled by an external signal.
  • the photocurable transfer layer 13 of the cylindrical transfer plate 50 is continuously formed at any diameter. It is preferable because the concave / convex pattern can be transferred to the entire area. Further, in this case, the diameter of the cylindrical transfer plate 50 is preferably larger than the diameter of the cylindrical original plate mold 70. As described above, since the original mold is manufactured in a very complicated process, a small-diameter mold can be manufactured and scaled up to a large-diameter cylindrical mold by the method of the present invention.
  • the axial width of the cylindrical original mold 70 is not particularly limited.
  • the cylindrical transfer plate 50 is rotated once while being pressed against the cylindrical master mold 70.
  • the concave / convex pattern 17 can be formed in the entire area of the photocurable transfer layer 13 by repeating the same operation while shifting the cylindrical original mold 70 by the axial width thereof.
  • the irradiation amount of the ultraviolet ray to the transfer region is not particularly limited, but is preferably 300 mJ / cm 2 or more.
  • partial curing may be performed without completely curing in this step, and the inverted concavo-convex pattern may be transferred to the entire area of the photocurable transfer layer 13, and then UV irradiation may be sufficiently performed again to complete curing.
  • the flat plate mold 60 and the cylindrical flat plate mold 70 may be any mold (mold).
  • a mold used for the nanoimprint process method or the like is preferable because it is advantageous for transferring a fine uneven pattern. Any material may be used, but preferably nickel, titanium, silicon, quartz or the like can be applied.
  • the photocurable composition forming the photocurable transfer layer 13 is preferably a polymer, a photopolymerizable functional group (generally a carbon-carbon double bond group, preferably (meth) acryloyl).
  • polymer examples include acrylic resin, polyvinyl acetate, vinyl acetate / (meth) acrylate copolymer, ethylene / vinyl acetate copolymer, polystyrene and its copolymer, polyvinyl chloride and its Copolymer, butadiene / acrylonitrile copolymer, acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer, methacrylate / acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer, 2-chlorobutadiene-1,3-polymer, chlorinated rubber, styrene / butadiene / Examples thereof include styrene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers, epoxy resins, polyamides, polyesters, polyurethanes, cellulose esters,
  • the polymer in the present invention is preferably an acrylic resin from the viewpoint of good transferability and excellent curability.
  • the acrylic resin is particularly preferably an acrylic resin having a polymerizable functional group or an acrylic resin having a hydroxyl group.
  • the acrylic resin contains at least 50% by mass (especially 60 to 90% by mass) of repeating units of methyl methacrylate, and it is easy to obtain an acrylic resin having a Tg of 80 ° C. or more, and good transferability and high-speed curability can be obtained. It is easy and preferable.
  • the polymer constituting the photocurable composition is preferably a polymer having a glass transition temperature (Tg) of 80 ° C. or higher.
  • Tg glass transition temperature
  • the polymer constituting the photocurable composition is preferably a polymer having a glass transition temperature (Tg) of 80 ° C. or higher.
  • Tg glass transition temperature
  • die can be transcribe
  • the cured shape also has a high Tg, the shape can be maintained for a long time without changing.
  • a polymer having a glass transition temperature of 80 ° C. or higher has a polymerizable functional group, which can react with a reactive diluent and is advantageous in increasing the speed of curing.
  • diisocyanates are effective to some extent even in polymers without hydroxyl groups.
  • an acrylic resin having a polymerizable functional group or an acrylic resin having a hydroxyl group is particularly preferable.
  • the acrylic resin having a polymerizable functional group is a copolymer having glycidyl (meth) acrylate as a monomer component, and the glycidyl group reacts with a carboxylic acid having a polymerizable functional group, or is polymerizable. It is a copolymer having a carboxylic acid having a functional group as a monomer component, and glycidyl (meth) acrylate is reacted with the carboxylic acid group.
  • the glycidyl (meth) acrylate or carboxylic acid having a polymerizable functional group is preferably contained in the polymer in an amount of generally 5 to 25% by mass, particularly 5 to 20% by mass, as the repeating unit.
  • the glycidyl group or carboxylic acid group of the obtained copolymer is reacted with a carboxylic acid or glycidyl (meth) acrylate having a polymerizable functional group, respectively.
  • Other monomer components include methyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid ester having 2 to 10 carbon atoms, and alicyclic group having 3 to 12 carbon atoms (alicyclic ring). (Meth) acrylic acid ester having a formula hydrocarbon group and an alicyclic ether group) may be included.
  • Examples of (meth) acrylic acid esters of alkyl having 2 to 10 carbon atoms (particularly 3 to 5) alcohol residues include ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, Examples thereof include n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate and the like.
  • Examples of the acrylate ester having an alicyclic group include isobornyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, norbornyl (meth) acrylate, and tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate.
  • methyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, and 2-ethylhexyl (meth) acrylate are preferable, and methyl (meth) acrylate is particularly preferable.
  • Such a (meth) acrylic acid ester is preferably contained in the polymer as a repeating unit in general in an amount of 5 to 30% by mass, particularly 10 to 30% by mass.
  • the above-mentioned acrylic resin having a polymerizable functional group can be produced, for example, as follows.
  • One or a plurality of (meth) acrylate monomers and a compound having 1 glycidyl group and 1 polymerizable functional group (preferably glycidyl (meth) acrylate) or a carboxylic acid having a polymerizable functional group are radicals.
  • a glycidyl group-containing acrylic resin (a) or a carboxyl group-containing acrylic resin (b) as a copolymer is obtained by reacting with a known method such as a solution polymerization method in the presence of a polymerization initiator and an organic solvent.
  • a carboxylic acid having a polymerizable functional group is added to the obtained glycidyl group-containing acrylic resin (a), or one glycidyl group and one polymerizable functional group are added to the obtained carboxyl group-containing acrylic resin (b).
  • An acrylic photocurable resin (A) or an acrylic photocurable resin (B) is obtained by adding a compound (preferably glycidyl methacrylate) having heat and heating as necessary.
  • the blending ratio is preferably such that the molar ratio of glycidyl group to carboxyl group is 1 / 0.9 to 1/1, and more preferably 1/1.
  • the reaction can be carried out by a known method in the presence of a basic catalyst, a phosphorus catalyst or the like.
  • the acrylic resin having a hydroxyl group generally contains methyl methacrylate, at least one kind of (meth) acrylic acid ester having 2 to 10 carbon atoms and an alcohol residue having a hydroxyl group. It is a copolymer with at least one kind of alkyl (meth) acrylic acid ester having 2 to 4 carbon atoms.
  • Methyl methacrylate is preferably contained in the polymer as a repeating unit in an amount of 50% by mass or more (particularly 60 to 90% by mass). Appropriate combination with the reactive diluent makes it easy to achieve both good transferability and excellent curability.
  • Examples of (meth) acrylic acid esters of alkyl having 2 to 10 carbon atoms (particularly 3 to 5) alcohol residues include ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, Examples thereof include n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate and the like. n-Butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, and 2-ethylhexyl (meth) acrylate are preferred.
  • Such a (meth) acrylic acid ester is preferably contained in the polymer as a repeating unit in general in an amount of 5 to 30% by mass, particularly 10 to 30% by mass.
  • alkyl (meth) acrylic acid ester having 2 to 4 carbon atoms in which the alcohol residue has a hydroxyl group examples include 2-hydroxyethyl methacrylate and hydroxypropyl methacrylate. In general, it is preferably contained in an amount of 5 to 25% by mass, particularly 5 to 20% by mass.
  • the monomer component may further include (meth) acrylic acid ester having an alicyclic group having 3 to 12 carbon atoms (including an alicyclic hydrocarbon group and an alicyclic ether group).
  • acrylic acid ester having an alicyclic group having 3 to 12 carbon atoms (including an alicyclic hydrocarbon group and an alicyclic ether group).
  • the acrylate ester having an alicyclic group include isobornyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, norbornyl (meth) acrylate, and tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate.
  • the polymer preferably has a number average molecular weight of 90000 or more, particularly 90000 to 1000000, and a weight average molecular weight of 90000 or more, particularly 90000 to 300000.
  • a polymer having both a functional group having active hydrogen such as a hydroxyl group and a photopolymerizable functional group can also be used as a polymer (preferably having a glass transition temperature of 80 ° C. or higher).
  • a reactive polymer for example, a homopolymer or a copolymer (that is, an acrylic resin) mainly obtained from the acrylic monomer, and a photopolymerizable functional group and active hydrogen are present in the main chain or side chain. It has a functional group.
  • such a reactive polymer includes, for example, methyl methacrylate, the one or more (meth) acrylates, and a (meth) acrylate having a functional group such as a hydroxyl group (eg, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate). ) And the resulting polymer reacts with a functional group of the polymer and a compound having a photopolymerizable group, such as isocyanatoalkyl (meth) acrylate.
  • a functional group such as a hydroxyl group (eg, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate.
  • the polymer which has a hydroxyl group and a photopolymerizable functional group as a functional group which has active hydrogen is obtained by adjusting and using the amount of isocyanatoalkyl (meth) acrylate so that a hydroxyl group may remain.
  • a photopolymerizable functional group having an amino group as a functional group having active hydrogen by using a (meth) acrylate having an amino group instead of a hydroxyl group (eg, 2-aminoethyl (meth) acrylate) A containing polymer can be obtained.
  • a photopolymerizable functional group-containing polymer having a carboxyl group or the like as a functional group having active hydrogen can also be obtained.
  • an acrylic resin having the photopolymerizable functional group via a urethane bond is also preferable.
  • the polymer having a photopolymerizable functional group preferably contains 1 to 50 mol%, particularly 5 to 30 mol%, of the photopolymerizable functional group.
  • this photopolymerizable functional group an acryloyl group, a methacryloyl group, and a vinyl group are preferable, and an acryloyl group and a methacryloyl group are particularly preferable.
  • (meth) acrylate monomers include 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 2-hydroxy-3-phenyloxypropyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl polyethoxy (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenyloxyethyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl ( (Meth) acrylate, acryloylmorpholine, N-vinylcaprolactam,
  • Examples of (meth) acrylate oligomers include polyol compounds (for example, ethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,9-nonanediol).
  • polyol compounds for example, ethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,9-nonanediol.
  • Polyols such as 2-ethyl-2-butyl-1,3-propanediol, trimethylolpropane, diethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, 1,4-dimethylolcyclohexane, bisphenol A polyethoxydiol, and polytetramethylene glycol
  • a polyol that is a reaction product of the polyols with polybasic acids such as succinic acid, maleic acid, itaconic acid, adipic acid, hydrogenated dimer acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, or their acid anhydrides.
  • the mass ratio of the polymer of the photocurable composition to the reactive diluent is preferably in the range of 20:80 to 80:20, particularly 30:70 to 70:30.
  • photopolymerization initiator As the photopolymerization initiator contained in the photocurable composition forming the photocurable transfer layer, any known photopolymerization initiator can be used, but it has good storage stability after blending. Is desirable. Examples of such photopolymerization initiators include benzoin series such as acetophenone series and benzyl dimethyl ketal, thiophenone series such as benzophenone series, isopropylthioxanthone, and 2-4-diethylthioxanthone, and other special types such as methylphenylglycone. Oxylate can be used.
  • 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2-morpholinopropane-1 examples include benzophenone.
  • These photopolymerization initiators may contain one or more known photopolymerization accelerators such as benzoic acid-based or tertiary amine-based compounds such as 4-dimethylaminobenzoic acid, if necessary. Can be mixed and used. Moreover, it can be used by 1 type, or 2 or more types of mixture of only a photoinitiator.
  • the photocurable initiator (nonvolatile content) preferably contains 0.1 to 20% by mass, particularly 1 to 10% by mass of a photopolymerization initiator.
  • examples of the acetophenone-based polymerization initiator include 4-phenoxydichloroacetophenone, 4-t-butyl-dichloroacetophenone, 4-t-butyl-trichloroacetophenone, diethoxyacetophenone, 2-hydroxy-2 -Methyl-1-phenylpropan-1-one, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, 1- (4-dodecylphenyl) -2-hydroxy-2-methyl Propan-1-one, 4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl (2-hydroxy-2-propyl) ketone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2 -As benzophenone polymerization initiators such as morpholinopropane-1 Benzophenone, benzoyl benzoate, methyl benzoyl benzo
  • acetophenone polymerization initiator in particular, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-methyl-1- (4- (methylthio) phenyl) -2 -Morpholinopropane-1 is preferred.
  • benzophenone polymerization initiator benzophenone, benzoylbenzoic acid, and methyl benzoylbenzoate are preferable.
  • Tertiary amine photopolymerization accelerators include triethanolamine, methyldiethanolamine, triisopropanolamine, 4,4′-dimethylaminobenzophenone, 4,4′-diethylaminobenzophenone, ethyl 2-dimethylaminobenzoate. , Ethyl 4-dimethylaminobenzoate, ethyl 4-dimethylaminobenzoate (n-butoxy), isoamyl 4-dimethylaminobenzoate, 2-ethylhexyl 4-dimethylaminobenzoate, and the like.
  • examples of the photopolymerization accelerator include ethyl 4-dimethylaminobenzoate, ethyl 4-dimethylaminobenzoate (n-butoxy), isoamyl 4-dimethylaminobenzoate, 2-ethylhexyl 4-dimethylaminobenzoate, and the like. Is mentioned.
  • tolylene diisocyanate (TDI), isophorone diisocyanate, xylylene diisocyanate, diphenylmethane-4,4-diisocyanate
  • TDI tolylene diisocyanate
  • isophorone diisocyanate isophorone diisocyanate
  • xylylene diisocyanate isophorone diisocyanate
  • diphenylmethane-4,4-diisocyanate Dicyclopentanyl diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 2,4,4′-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2,2 ′, 4-trimethylhexamethylene diisocyanate can be used.
  • Polyisocyanate cyanates such as trifunctional or higher functional isocyanate compounds such as a TDI adduct of trimethylolpropane can also be used. Of these, a hexamethylene diisocyanate adduct of trimethylolpropane is preferred.
  • diisocyanate is preferably contained in the photocurable composition (non-volatile content) in the range of 0.2 to 4% by mass, particularly 0.2 to 2% by mass.
  • Appropriate crosslinking is provided to prevent the transfer layer from seeping out, and good transferability of the unevenness of a mold such as a stamper is also maintained.
  • the reaction between the compound and the polymer proceeds gradually after the transfer layer is formed, and reacts considerably at room temperature (generally 25 ° C.) at 24 hours. It is considered that the reaction proceeds after the coating solution for forming the transfer layer is prepared and before the coating solution is applied. After forming the transfer layer, it is preferable to cure to a certain extent before winding it in the roll state. If necessary, the reaction is promoted by heating during the formation of the transfer layer or before winding in the roll state. You may let them.
  • thermoplastic resin and other additives it is preferable to add the following thermoplastic resin and other additives to the photocurable composition for forming the photocurable transfer layer, if desired.
  • a lubricant can be added to further improve the releasability.
  • the lubricant include phosphorus atom-containing compounds such as alkyl polyoxyalkylene phosphate compounds, phosphate trialkyl ester compounds, phosphates and phosphate amides, and silicone resins such as non-modified or modified polysiloxanes.
  • the addition amount of the lubricant is usually 0.01 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer (solid content).
  • silane coupling agent (adhesion promoter) can be added as another additive.
  • this silane coupling agent vinyltriethoxysilane, vinyltris ( ⁇ -methoxyethoxy) silane, ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -glycidoxy Propyltriethoxysilane, ⁇ - (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, ⁇ -chloropropylmethoxysilane, vinyltrichlorosilane, ⁇ -mercaptopropyltrimethoxysilane, ⁇ -aminopropyltriethoxysilane, N- ⁇ (Aminoethyl) - ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane and the like can be used, and one of these can be used alone or
  • an epoxy group-containing compound can be added for the purpose of improving adhesiveness.
  • the epoxy group-containing compound include triglycidyl tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate; neopentyl glycol diglycidyl ether; 1,6-hexanediol diglycidyl ether; acrylic glycidyl ether; 2-ethylhexyl glycidyl ether; Examples thereof include phenol glycidyl ether; pt-butylphenyl glycidyl ether; adipic acid diglycidyl ester; o-phthalic acid diglycidyl ester; glycidyl methacrylate; *
  • an oligomer containing an epoxy group having a molecular weight of several hundred to several thousand or a polymer having a weight average molecular weight of several thousand to several hundred thousand is added alone or in combination.
  • the addition amount of these epoxy group-containing compounds is 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer (solid content), and at least one of the epoxy group-containing compounds is added alone or in combination. Can do.
  • a hydrocarbon resin can be added for the purpose of improving workability such as workability and bonding.
  • the added hydrocarbon resin may be either a natural resin type or a synthetic resin type.
  • rosin, rosin derivatives, and terpene resins are preferably used.
  • rosin gum-based resins, tall oil-based resins, and wood-based resins can be used.
  • rosin derivative rosin obtained by hydrogenation, heterogeneity, polymerization, esterification, or metal chloride can be used.
  • terpene resin a terpene phenol resin can be used in addition to a terpene resin such as ⁇ -pinene and ⁇ -pinene.
  • dammar, corbal and shellac may be used as other natural resins.
  • petroleum resin, phenol resin, and xylene resin are preferably used.
  • the petroleum resin aliphatic petroleum resin, aromatic petroleum resin, alicyclic petroleum resin, copolymer petroleum resin, hydrogenated petroleum resin, pure monomer petroleum resin, and coumarone indene resin can be used.
  • the phenol resin an alkyl phenol resin or a modified phenol resin can be used.
  • xylene-based resin a xylene resin or a modified xylene resin can be used.
  • the addition amount of the resin such as the hydrocarbon resin is appropriately selected, but is preferably 1 to 20 parts by mass, more preferably 5 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer (solid content).
  • the photocurable composition of the present invention may contain a small amount of an ultraviolet absorber, an anti-aging agent, a dye, a processing aid and the like.
  • additives such as fine particles such as silica gel and calcium carbonate may be contained in a small amount.
  • the storage elastic modulus of the photocurable transfer layer at a frequency of 1 Hz is preferably 1 ⁇ 10 7 Pa or less at 25 ° C., and particularly in the range of 1 ⁇ 10 4 to 6 ⁇ 10 5 Pa. preferable. Further, it is preferably 8 ⁇ 10 4 Pa or less at 80 ° C., and particularly preferably in the range of 1 ⁇ 10 4 to 5 ⁇ 10 5 Pa. This enables accurate and quick transfer. Furthermore, the photocurable transfer layer of the present invention preferably has a glass transition temperature of 20 ° C. or lower. Thereby, when the obtained photocurable transfer layer is pressure-bonded to the uneven surface of a mold such as a stamper, it can have flexibility to closely follow the uneven surface even at room temperature.
  • the glass transition temperature when the glass transition temperature is in the range of 15 ° C. to ⁇ 50 ° C., and further in the range of 0 ° C. to ⁇ 40 ° C., the followability becomes high. If the glass transition temperature is too high, a high pressure and a high pressure are required at the time of bonding, leading to a decrease in workability. If it is too low, sufficient hardness after curing cannot be obtained.
  • the photocurable transfer layer is designed so that the glass transition temperature after 300mJ / cm ⁇ 2 > ultraviolet irradiation may be 65 degreeC or more.
  • any method may be used to form the photocurable transfer layer 13 on the outer peripheral surface of the cylindrical member 12.
  • the constituents of the above-mentioned photocuring composition are uniformly mixed, kneaded with an extruder, roll, etc., then formed into a film by a film forming method such as calendering, roll, T-die extrusion, inflation, etc. and wound around the cylindrical member 12
  • the method or each constituent component is uniformly mixed and dissolved in a good solvent, and applied to the cylindrical member 12 by a flow coating method, a roll coating method, a gravure roll method, a Myer bar method, a lip die coating method, etc., and the solvent is dried. Examples include a method for forming a film.
  • a photocurable transfer sheet in which a photocurable transfer layer 13 is formed on a transparent film made of a polymer film having an easy-adhesion layer on the surface is wrapped around and bonded to the cylindrical member 12 on the transparent film side to be bonded to the photocurable transfer layer. 13 may be formed.
  • a release sheet may be provided on the photocurable transfer layer 13, and the release sheet may be removed and used at the time of use.
  • the photocurable transfer layer 13 is wound around and adhered to the cylindrical member 12 while peeling one of the release sheets.
  • the other release sheet may be removed and used.
  • a method of attaching the photocurable transfer layer 13 to the cylindrical member 12 by using a photocurable transfer sheet having a release sheet on both sides that can form the photocurable transfer layer 13 with a stable layer thickness is preferable.
  • the thickness of the photocurable transfer layer 13 is preferably 1 to 300 ⁇ m, particularly 3 to 100 ⁇ m.
  • the cylindrical mold manufacturing apparatus of the present invention is a manufacturing apparatus that can be advantageously used in the above-described cylindrical mold manufacturing method.
  • an outer cylindrical portion 20 composed of a light-transmissive cylindrical member 12 and a photocurable transfer layer 13 that is deformable by pressure formed on the outer peripheral surface thereof, and an outer side
  • the cylindrical mold manufacturing apparatus of the present invention brings the photocurable transfer layer 13 of the outer cylindrical portion 20 into contact with the original mold 70 under pressure while rotating the cylindrical transfer plate 50, so that the fineness of the original mold 70 can be reduced.
  • a pressing and rotating means for transferring the uneven pattern 72 to the photocurable transfer layer 13, and the transfer region 15 of the photocurable transfer layer 13 is locally irradiated with ultraviolet rays from the ultraviolet irradiation unit 30, and the cylindrical transfer plate 50
  • an ultraviolet irradiation control means for moving the ultraviolet irradiation region in conjunction with the movement of the transfer region 15 accompanying the rotation of the rotation.
  • the ultraviolet irradiation section 30 can rotate independently of the outer cylindrical section 20, and the inner cylindrical section 22 made of an ultraviolet shielding metal or plastic cylindrical member having a slit 24 in part.
  • An ultraviolet lamp 23 provided inside the inner cylindrical portion 22, a condensing portion 25 for condensing the ultraviolet rays irradiated from the slit 24 to the outer peripheral side in a predetermined area, and a slit 24 are provided. It is preferable to provide a shutter 26 that can control the cutting range and the irradiation range of ultraviolet rays.
  • the condensing part 25 may be anything as long as it can locally condense on a predetermined region of the photocurable transfer layer 13, but a cylindrical lens that can condense on the region on the line is preferable.
  • the shutter 26 is preferably a shutter that can control not only the circumferential width of the slit 24 of the inner cylindrical portion 22 but also the axial width so that the ultraviolet irradiation range can be further limited.
  • the outer cylindrical part 20 and the ultraviolet irradiation part 30 may be integrated, but a cartridge type in which the outer cylindrical part 20 can be detached from the ultraviolet irradiation part 30 and another outer cylindrical part can be mounted is preferable in terms of cost.
  • the rotation pressing means and the ultraviolet irradiation control means described above can be performed by incorporating a known drive device or control mechanism into the device of the present invention.
  • a cylindrical mold having a larger diameter or a plurality of intermediate cylindrical molds may be manufactured by performing the cylindrical mold manufacturing method of the present invention a plurality of times.
  • cylindrical mold manufacturing method of the present invention electronic display ribs, electronic devices (lithography, transistors), optical components (microlens arrays, waveguides, optical filters, photonic crystals), bio-related materials (DNA chips, microreactors)
  • a cylindrical mold advantageous for manufacturing a recording medium (patterned media, DVD) or the like can be obtained with high accuracy and at low cost.
  • Cylindrical member 12 Cylindrical member 13 Photo-curable transfer layer 15, 15 'Transfer region 15c Transfer region (after curing) 17 Inverted concavo-convex pattern 20 Outer cylindrical portion 22 Inner cylindrical portion 23 UV lamp 24 Slit 25 Condensing portion 26 Shutter 30 Ultraviolet irradiation portion 50 Cylindrical transfer plate 60 Flat plate mold 62, 72 Concavity and convexity pattern 70 Cylindrical plate mold

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Abstract

 ナノインプリントに有利に使用することが出来る円筒状モールドの製造方法であって、高い生産性で高精度に製造する方法を提供する。 外周面に微細な凹凸パターンを有する円筒状モールドの製造方法であって、光透過性の円筒部材12、及びその外周面に形成された加圧により変形可能な光硬化性転写層13からなる外側円筒部20を有する円筒状転写版50を回転させながら、外側円筒部20の転写層13を、円筒状転写版50と同方向に移動する表面に微細な凹凸パターンを有する原版モールド70の当該微細な凹凸パターン72に押圧下に接触させ、微細な凹凸パターン72を転写層13に転写し、前記転写と同時に、外側円周部20の内周側から、転写層13の転写領域15に紫外線を照射し、硬化させることにより、転写層13に反転凹凸パターンを連続的に形成することを特徴とする円筒状モールドの製造方法。

Description

円筒状モールドの製造方法、及びその方法に用いる装置
 本発明は、電子デバイス、光学部品、記録媒体等の製造に有利に使用することができるナノインプリント用の円筒状モールド、特に大口径の円筒状モールドの製造方法、及びその方法に用いる装置に関する。
 光或いは電子線を用いる微細加工技術の進展はめざましく、光では100nm、電子線では10nmの精度で加工が達成されている。しかしながら、それら微細加工装置は高価なため、より安価な加工技術が求められている。このような目的に沿って、ナノインプリント技術によりシリコン基板等に所望の回路パターン等を形成する方法が確立されつつある。ナノインプリント技術は、従来のプレス技術と比較して、より微小な構造を実現するための微細加工の技術である。この技術自体には解像度に限界がなく、解像度はモールド(即ち金型)の作製精度によって決まる。したがって、モールドさえ作製できれば、従来のフォトリソグラフィーより容易に、且つはるかに安価な装置により、極微細構造を形成することが可能である。
 通常、ナノインプリントはシリコン、石英、ニッケル等の基板表面に凹凸パターンを形成した平板状のモールドを用いて、熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂に凹凸パターンが転写される。一方、生産性向上のため、円筒状(ローラー型)のモールドを用いて短時間にナノインプリントを行う方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
 ナノインプリント用のモールドを作製する場合、例えば、以下のように行われる。シリコン基板に熱酸化方により表面を二酸化ケイ素にし、その表面にポジ型の電子ビームレジスト(例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA))をコーティングする。そのレジスト上に電子ビームで微細パターンを露光し、その後、現像、クロム蒸着、リフトオフ(レジスト上のクロムを除去し、基板上のクロムのみ残す工程)、ドライエッチング(クロムでマスクされた部分以外の二酸化ケイ素層を除去する工程)を行い、最後にクロムを除去してモールドが完成する(非特許文献1参照)。特許文献1では、このようなシリコン基板上に作製したモールドを円筒部に設ける方法で作製された円筒状モールドが開示されている。
 このように、平板状又は円筒状のモールドの作製は、非常に多くの手間と時間が必要なものである。また、電子ビームによる露光は10nm以下の微細なパターンも作製可能な分解能を有するが、一筆書きのために描画に極めて時間がかかり、生産性を上げることができないという問題がある。
 ナノインプリント用のモールドは、大面積の方が生産性向上の点では好ましいが、上述のような方法では、大面積のモールド(円筒状の場合は大口径のモールド)を直接作製することは極めて困難である。
 特許文献2には、ロールスタンパ(即ち、円筒モールド)を大面積とするために、平板状原版から押し込み転写彫刻することで、原版ロールを作製し、更に原版ロールから原版ロールより大きい面積の円周部分を有する転写ロールに押し込み転写彫刻を行う工程を数回繰り返してロールスタンパをスケールアップする方法が開示されている。
特開2008-073902号公報 特開2004-042475号公報
「はじめてのナノインプリント技術」谷口淳、p35~36(2005年)(株)工業調査会。
 しかしながら、特許文献2の方法では、押し込み彫刻を用いるため、微細な凹凸パターンを高精度で転写することは困難であると考えられる。
 従って、本発明の目的は、ナノインプリントに有利に使用することが出来る円筒状モールド、特に大口径の円筒状モールドの製造方法であって、高い生産性で高精度に製造する方法を提供することにある。
 また、本発明はその円筒状モールドを製造に使用する装置を提供することにある。
 上記目的は、外周面に微細な凹凸パターンを有する円筒状モールドの製造方法であって、光透過性の円筒部材、及びその外周面に形成された加圧により変形可能な光硬化性転写層からなる外側円筒部を有する円筒状転写版を回転させながら、前記外側円筒部の前記転写層を、前記円筒状転写版と同方向に移動する表面に微細な凹凸パターンを有する原版モールドの当該微細な凹凸パターンに押圧下に接触させ、前記微細な凹凸パターンを前記転写層に転写し、前記転写と同時に、外側円周部の内周側から、前記転写層の転写領域に紫外線を照射し、硬化させることにより、前記転写層に反転凹凸パターンを連続的に形成することを特徴とする円筒状モールドの製造方法によって達成される。
 本発明において、光硬化性転写層は、モールドの微細な凹凸パターン表面を押圧することにより精確に転写できる層である。
 光硬化性転写層を外周面に形成した円筒部材に、原版モールドから凹凸パターンを転写しようとすると、通常の不透明なロール基材を用いた場合は、原版モールドを押圧した状態で光硬化性転写層に紫外線を照射することができない。従って、原版モールドを押圧後、少し移動させ、転写層が露出した部分に紫外線照射をして硬化させることになる。この方法では、円筒部材に凹凸パターンを高精度に形成させることはできない。
 本発明においては、光透過性の円筒部材の外周面に光硬化性転写層を形成した円筒状転写版を用いることで、円筒部材の内周側から光硬化性転写層に紫外線を照射できるようにしている。そして、円筒状転写版を回転させながら、光硬化性転写層を原版モールドに押圧下に接触させることで、光硬化性転写層に原版モールドの凹凸パターンを転写し、その転写領域に、円筒部材の内周側から紫外線を照射し、転写領域を硬化させることで、転写層に反転凹凸パターンを連続的に形成することができる。
 本発明の円筒状モールドの製造方法の好適態様は以下の通りである。
(1)前記円筒状転写版が、前記外側円筒部の内周側に、前記転写層の一部の領域に紫外線を局所的に照射可能で、且つ前記紫外線を照射する領域を移動可能な紫外線照射部を備える。これにより、本発明における円筒部材の内周側からの紫外線の照射を容易に行うことができる。
(2)前記紫外線照射部が、前記外側円筒部と独立して回転可能で、一部にスリットを有する紫外線遮蔽性の円筒部材からなる内側円筒部、
 当該内側円筒部の内部に備えられた紫外線ランプ、
 前記スリットから外周側へ照射される紫外線を集光する集光部、及び
 前記スリットに設けられ、前記紫外線の照射の入切、及び照射範囲を制御可能なシャッター、を含む。これにより、本発明における局所的な紫外線照射をより高精度に行うことができる。
(3)前記集光部が、シリンドリカルレンズである。これにより、線上の領域に集光することができ、より高精度に紫外線の集光を行うことができる。
(4)前記光透過性の円筒部材が、厚さ方向の波長300~450nmの透過率が80%以上で、且つ厚さ方向のヘイズが3.0以下である。これにより、光硬化性転写層の硬化をより高速で行うことができ、生産効率を向上できる。
(5)前記光硬化性転写層が、ポリマーと光重合性官能基を有する反応性希釈剤を含む光硬化性組成物からなる。これにより、より迅速に硬化する光硬化性転写層とすることができる。
(6)前記原版モールドが、円筒状原版モールドである。これにより、より効率よく円筒状モールドを製造できる。
(7)前記円筒状転写版の直径が、前記円筒状原版モールドの直径より大きい。これにより、小口径の円筒状原版モールドを用いて、大口径の円筒状転写版に連続的に転写できるので、効率よく大口径の円筒状モールドを製造できる。
 また、上記目的は、光透過性の円筒部材、及びその外周面に形成された加圧により変形可能な光硬化性転写層からなる外側円筒部と、該外側円筒部の内周側に、前記転写層の一部の領域に紫外線を局所的に照射可能で、且つ前記紫外線を照射する領域を移動可能な紫外線照射部とを備える円筒状転写版、
 前記円筒状転写版と対向配置された、表面に微細な凹凸パターンを有する原版モールド、
 前記円筒状転写版を回転させながら、前記外側円筒部の前記転写層を前記原版モールドに押圧下に接触させ、前記原版モールドの微細な凹凸パターンを前記転写層に転写する押圧回転手段、並びに
 前記転写層の転写領域に、前記紫外線照射部から紫外線を局所的に照射させるとともに、前記円筒状転写版の回転にともなう前記転写領域の移動に連動して、前記紫外線の照射領域を移動させる紫外線照射制御手段、を備えることを特徴とする円筒状モールドの製造装置によっても達成される。上記装置により、本発明の円筒状モールドの製造方法を好適に実施することができる。
 本発明の円筒状モールドの製造装置の好適態様は以下の通りである。
(1)前記紫外線照射部が、前記外側円筒部と独立して回転可能で、一部にスリットを有する紫外線遮蔽性の円筒部材からなる内側円筒部、
 当該内側円筒部の内部に備えられた紫外線ランプ、
 前記スリットから外周側へ照射される紫外線を集光する集光部、及び
 前記スリットに設けられ、前記紫外線の照射の入切、及び照射範囲を制御可能なシャッター、を含む。これにより、本発明における局所的な紫外線照射をより高精度に行う装置とすることができる。
(2)前記集光部が、シリンドリカルレンズである。これにより、線上の領域に集光することができ、より高精度に紫外線の集光を行う装置とすることができる。
(3)前記光透過性の円筒部材が、厚さ方向の波長300~450nmの透過率が80%以上で、且つ厚さ方向のヘイズが3.0以下である。これにより、光硬化性転写層の硬化をより高速で行うことができる装置とすることができる。
(4)前記光硬化性転写層が、ポリマーと光重合性官能基を有する反応性希釈剤を含む光硬化性組成物からなる。これにより、より迅速に硬化する光硬化性転写層とすることができる。
(5)前記原版モールドが、円筒状原版モールドである。これにより、より効率よく円筒状モールドを製造可能な装置とすることができる。
(6)前記円筒状転写版の直径が、前記円筒状原版モールドの直径より大きい。これにより、小口径の円筒状原版モールドを用いて、大口径の円筒状転写版に連続的に転写できるので、効率よく大口径の円筒状モールドを製造可能な装置とすることができる。
 本発明の円筒状モールドの製造方法においては、光透過性の円筒部材の外周面に光硬化性転写層を形成した円筒状転写版を用いているので、円筒部材の内周側から光硬化性転写層に紫外線を照射できる。そして、円筒状転写版を回転させながら、光硬化性転写層を原版モールドに押圧下に接触させることで、光硬化性転写層に原版モールドの凹凸パターンを転写し、その転写領域に、円筒部材の内周側から紫外線を照射し、転写領域を硬化させることで、転写層に反転凹凸パターンを連続的に形成することができる。
 従って、本発明の方法により、原版モールドの凹凸パターンを高精度に転写された、円筒状モールドを高い生産性で提供することができる。
本発明に使用する円筒状転写版の実施形態の一例を示す概略断面図である。 本発明の円筒状モールドの製造方法において、平板状原版モールドを用いた一例を示す概略断面図である。 本発明の円筒状モールドの製造方法において、円筒状原版モールドを用いた一例を示す概略断面図である。
 以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
 図1は本発明の円筒状モールドの製造方法に使用する円筒状転写版の実施形態の一例を示す概略断面図である。円筒状転写版50は、光透過性のガラス又はプラスチック製の円筒部材12と、その外周面に形成された加圧により変形可能な光硬化性転写層13とからなる外側円筒部20を有し、その内周側に紫外線照射部30が備えられている。紫外線照射部30は、外側円筒部20の光硬化性転写層11の一部の領域に、内周側から紫外線を局所的に照射可能で、且つ前記紫外線を照射する領域を移動できる機構を備えているのが好ましい。
 図1における紫外線照射部30は、外周円筒部20と独立して回転可能で、一部にスリット24を有する紫外線遮蔽性の金属又はプラスチック製の円筒部材からなる内側円筒部22、内側円筒部22の内部に備えられた紫外線ランプ23、スリット24から外周側へ照射される紫外線を所定の領域に集光するための集光部25、スリット24設けられ、紫外線の照射の入切や紫外線の照射範囲を制御可能なシャッター26を備えている。このような紫外線照射部30であれば、外側円筒部20の内周側から、容易に光硬化性転写層13の一部の領域に局所的に紫外線を照射可能で、且つ円筒状転写版50の回転に連動して紫外線の照射領域を移動させることができるので好ましい。集光部25は、光硬化性転写層13の所定の領域に局所的に集光できるものであればどのようなものでも良いが、線上の領域に集光できるシリンドリカルレンズが好ましい。また、シャッター26は、紫外線の照射範囲をより限定できるように、内側円筒部22のスリット24の周方向の幅を制御するだけでなく、軸方向の幅を制御可能なシャッターが好ましい。
 外側円筒部20と紫外線照射部30とは一体型でも良いが、外側円筒部20を紫外線照射部30から取り外し、別の外側円筒部を装着できる、カートリッジ型がコスト的に好ましい。
 外側円筒部20における円筒部材12は、外周面に形成された光硬化性転写層13に、内周側から紫外線を照射することで硬化させることが出来るように光透過性であればどのようなものでも良い。好ましくは円筒部材12の厚さ方向の波長300~450nmの透過率が80%以上で、且つ厚さ方向のヘイズが3.0以下である。これにより、光硬化性転写層の硬化をより高速で行うことができる装置とすることができる。円筒部材12の材質は、例えば、ガラス又は、ポリエチレン、ポリプロピレン等の紫外線透過性の透明プラスチックが挙げられる。円筒部材12の厚さは、原版モールドからの転写時や円筒モールドとしての使用時に破損しないような強度を有していれば、特に制限は無い。一般に0.5~10.0mm、好ましくは1.0~5.0mmである。
 外側円筒部20における光硬化性転写層13は、加圧により変形可能で、原版モールドの微細な凹凸パターン表面を押圧することにより、その反転凹凸パターンを精確に転写できるとともに、硬化後において剥離性にも優れた転写層である。本発明において、光硬化性転写層11を形成する光硬化性組成物は、好ましくは、ポリマー、光重合性官能基(一般に炭素-炭素2重結合基、好ましくは(メタ)アクリロイル基(アクリロイル基及びメタクリロイル基を示す。以下同様。))を有する反応性希釈剤(モノマー及びオリゴマー)を含み、更に所望により、光重合性開始剤、及び他の添加剤から構成されている。これらの詳細は後述する。
[円筒状モールドの製造方法]
 本発明の円筒状モールドの製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
 本発明の円筒状モールドの製造方法は、上述のような円筒状転写版50を用い、これを回転させながら、円筒状転写版50と同方向に移動する表面に微細な凹凸パターンを有する原版モールドの凹凸パターンに押圧下に接触させ、その凹凸パターンを光硬化性転写層13に転写し、それと同時に外側円周部の内周側から、光硬化性転写層13の転写領域に紫外線を照射し、硬化させることにより、前記転写層に反転凹凸パターンを連続的に形成する方法である。原版モールドは平板状原版モールドでも、円筒状原版モールドでも使用できる。
 図2は、本発明の円筒状モールドの製造方法において、平板状原版モールドを用いた一例を示す概略断面図である。
 まず、矢印方向に回転している円筒状転写版50の外周面の光硬化性転写層13の一部を平板状原版モールド60の微細な凹凸パターン62の一部に押圧下に接触させる。円筒状転写版50は円筒状であるので、光硬化性転写層13には、平板状原版モールド60との接触部分に、一定の幅を持った直線状の転写領域15が形成される。そして紫外線照射部30から、この転写領域15に対して局所的に紫外線を照射し、光硬化性転写層13における転写領域15が局所的に硬化される(図2(a))。
 この際、上述のようなスリット24を有する内側円筒部22、及びシャッター26を有する紫外線照射部30を制御して、転写領域15にのみ精確に紫外線を照射することができる。
 円筒状転写版50は矢印方向に回転し、平板状原版モールド60は矢印方向(円筒状転写版50と同方向)に移動しているので、光硬化性転写層13の硬化した転写領域15cから平板状原版モールド60の凹凸パターン62の一部が剥がされ、転写領域15c上に反転凹凸パターン17が形成されるとともに、光硬化性転写層13の別の一部が平板状原版モールド60の凹凸パターン62の別の一部に押圧下に接触され、光硬化性転写層13に別の転写領域15’が形成される(図2(b))。
 この際、紫外線照射部30が、円筒状転写版50の回転にともない、光硬化性転写層13の転写領域が転写領域15’へ移動するのに連動して、紫外線の照射領域を移動するように制御することで、図2(a)及び(b)に示した工程を連続的に行うことができる。 
 これにより、光硬化性転写層13の全域に反転凹凸パターン17を形成することができる。紫外線の照射領域の範囲の設定、及び照射領域の移動を制御する紫外線照射制御手段は、円筒状転写版50に内蔵されていても良く、外部からの信号で制御されても良い。
 平板状原版モールド60の大きさは、特に制限はない。平板状原版モールド60の長さが円筒状転写版50の円周の長さに満たない場合は、平板状原版モールド60の端部で円筒状転写版50の回転を停止し、平板状原版モールド60をずらして転写を再開する。この操作を繰り返すことで光硬化性転写層13の全域に反転凹凸パターン17を形成することができる。また、平板状原版モールド60の幅が、円筒状転写版50の軸方向の長さに満たない場合は、円筒状転写版50を、平板状原版モールド60に押圧した状態で1回転した後、平板状原版モールド60を、その幅分ずらして同様な操作を繰り返すことで光硬化性転写層13の全域に反転凹凸パターン17を形成することができる。この際、紫外線照射部30による紫外線の照射領域の軸方向の幅を、平板状原版モールド60の幅に狭めることで、転写領域以外の光硬化性転写層13を硬化させないことが必要である。
 図3は、本発明の円筒状モールドの製造方法において、円筒状原版モールドを用いた一例を示す概略断面図である。原版モールドが円筒状転写版50とともに回転する以外は上述の平板状原版モールドを用いる場合と同様である。
 まず、矢印方向に回転している円筒状転写版50の外周面の光硬化性転写層13の一部を円筒状原版モールド70の微細な凹凸パターン72の一部に押圧下に接触させる。円筒状転写版50は円筒状であるので、光硬化性転写層13には、円筒状原版モールド70との接触部分に、一定の幅を持った直線状の転写領域15が形成される。そして紫外線照射部30から、この転写領域15に対して局所的に紫外線を照射し、光硬化性転写層13における転写領域15が局所的に硬化される(図3(a))。
 この際、上述のようなスリット24を有する内側円筒部22、及びシャッター26を有する紫外線照射部30を制御して、転写領域15にのみ精確に紫外線を照射することができる。
 円筒状転写版50は矢印方向に回転し、円筒状原版モールド70は矢印方向(円筒状転写版50と同方向)に回転しているので、光硬化性転写層13の硬化した転写領域15cから円筒状原版モールド70の凹凸パターン72の一部が剥がされ、転写領域15c上に反転凹凸パターン17が形成されるとともに、光硬化性転写層13の別の一部が円筒状原版モールド70の凹凸パターン72の別の一部に押圧下に接触され、光硬化性転写層13に別の転写領域15’が形成される(図2(b))。
 この際、紫外線照射部30が、円筒状転写版50の回転にともない、光硬化性転写層13の転写領域が転写領域15’へ移動するのに連動して、紫外線の照射領域を移動するように制御することで、図2(a)及び(b)に示した工程を連続的に行うことができる。これにより、光硬化性転写層13の全域に反転凹凸パターン17を形成することができる。紫外線の照射領域の範囲の設定、及び照射領域の移動を制御する紫外線照射制御手段は、円筒状転写版50に内蔵されていても良く、外部からの信号で制御されても良い。
 円筒状原版モールド70の場合は、平板状原版モールドのように長さ方向の端部はないため、どのような直径であっても連続的に円筒状転写版50の光硬化性転写層13の全域に凹凸パターンを転写できるので好ましい。更に、この場合、円筒状転写版50の直径が、円筒状原版モールド70の直径よりも大きいことが好ましい。上述の通り、原版モールドは極めて煩雑な工程で製造されるため、小口径のものを製造し、本発明の方法で、大口径の円筒状モールドにスケールアップすることができるからである。
 円筒状原版モールド70の軸方向の幅は、特に制限はない。円筒状原版モールド70の軸方向の長さ、円筒状転写版50の軸方向の長さに満たない場合は、円筒状転写版50を、円筒状原版モールド70に押圧した状態で1回転した後、円筒状原版モールド70を、その軸方向の幅分ずらして同様な操作を繰り返すことで光硬化性転写層13の全域に凹凸パターン17を形成することができる。この際、紫外線照射部30による紫外線の照射領域の軸方向の幅を、円筒状原版モールド70の軸方向の幅に狭めることで、転写領域以外の光硬化性転写層13を硬化させないことが必要である。
 本発明において、転写領域に対する紫外線の照射量は特に制限は無いが、300mJ/cm以上が好ましい。また、この工程で完全硬化させずに、部分硬化を行い、光硬化性転写層13の全域に反転凹凸パターンを転写した後、再度十分に紫外線照射を行い、完全硬化しても良い。
 平板状原版モールド60、及び円筒状平板モールド70はどのようなモールド(金型)でも良い。微細凹凸パターンを転写することに有利なことから、ナノインプリントプロセス法等に使用する金型が好ましい。材質はどのようなものでも良いが、好ましくはニッケル、チタン、シリコン、石英等が適用できる。
 以下に、本発明の方法に使用する円筒状転写版50における光硬化性転写層13の好ましい態様について述べる。
[光硬化性転写層]
 上述の通り、本発明において、光硬化性転写層13を形成する光硬化性組成物は、好ましくは、ポリマー、光重合性官能基(一般に炭素-炭素2重結合基、好ましくは(メタ)アクリロイル基(アクリロイル基及びメタクリロイル基を示す。以下同様。))を有する反応性希釈剤(モノマー及びオリゴマー)を含み、更に所望により、光重合性開始剤、及び他の添加剤から構成されている。
[ポリマー]
 光硬化性組成物を構成するポリマーとしては、アクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ビニルアセテート/(メタ)アクリレート共重合体、エチレン/酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン及びその共重合体、ポリ塩化ビニル及びその共重合体、ブタジエン/アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合体、メタクリレート/アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合体、2-クロロブタジエン-1,3-ポリマー、塩素化ゴム、スチレン/ブタジエン/スチレン共重合体、スチレン/イソプレン/スチレンブロック共重合体、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、セルロースエステル、セルロースエーテル、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール等を挙げることができる。
 本発明におけるポリマーは、良好な転写性及び優れた硬化性の点から、アクリル樹脂が好ましい。アクリル樹脂は、前述したように、重合性官能基を有するアクリル樹脂又はヒドロキシル基を有するアクリル樹脂であることが特に好ましい。またアクリル樹脂は、メチルメタクリレートの繰り返し単位を少なくとも50質量%(特に60~90質量%)含むことが、Tg80℃以上のアクリル樹脂を得られやすく、また良好な転写性、高速硬化性も得られやすく好ましい。
 また、光硬化性組成物を構成するポリマーは、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上のポリマーであることが好ましい。これにより、金型の微細凹凸パターンが容易に転写でき、硬化も高速で行うことができる。また硬化された形状も高いTgを有するのでその形状が変わることなく長期に維持され得る。ガラス転移温度が80℃以上のポリマーとしては、重合性官能基を有することが、反応性希釈剤と反応が可能となり硬化の高速化に有利である。またヒドロキシル基を有することにより、転写層11にジイソシアネートを含ませることで、ポリマーを僅かに架橋させることが可能となり、転写層のしみ出し、層厚変動が大きく抑えられた層とするのに特に有利である。ジイソシアネートは、ヒドロキシル基の無いポリマーでもある程度有効である。
 本発明において、ポリマーとしてアクリル樹脂を用いる場合は、重合性官能基を有するアクリル樹脂、又はヒドロキシル基を有するアクリル樹脂であることが特に好ましい。
 本発明において、重合性官能基を有するアクリル樹脂は、グリシジル(メタ)アクリレートをモノマー成分とした共重合体で、且つ該グリシジル基に重合性官能基を有するカルボン酸が反応したもの、或いは重合性官能基を有するカルボン酸をモノマー成分とした共重合体で、且つ当該カルボン酸基にグリシジル(メタ)アクリレートが反応したものである。
 グリシジル(メタ)アクリレート又は重合性官能基を有するカルボン酸は、その繰り返し単位として、ポリマー中に、一般に5~25質量%、特に5~20質量%含まれることが好ましい。得られた共重合体のグリシジル基又はカルボン酸基に、それぞれ重合性官能基を有するカルボン酸又はグリシジル(メタ)アクリレートを反応させる。
 なお、モノマー成分として、他に、メチル(メタ)アクリレートや、アルコール残基が炭素原子数2~10個の(メタ)アクリル酸エステル、炭素原子数が3~12個の脂環基(脂環式炭化水素基、脂環式エーテル基を含む)を有する(メタ)アクリル酸エステルを含んでいても良い。アルコール残基が炭素原子数2~10個(特に3~5個)のアルキルの(メタ)アクリル酸エステルとしては、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。脂環基を有するアクリル酸エステルとしては、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ノルボルニル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。他のモノマー成分としては、メチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレートが好ましく、特にメチル(メタ)アクリレートが好ましい。このような(メタ)アクリル酸エステルは、その繰り返し単位として、ポリマー中に、一般に5~30質量%、特に10~30質量%含まれることが好ましい。
 上記の重合性官能基を有するアクリル樹脂は、例えば、以下のように製造することができる。
 1種又は複数種の(メタ)アクリレートモノマーと、グリシジル基を1個かつ重合性官能基を1個有する化合物(好ましくはグリシジル(メタ)アクリレート)或いは重合性官能基を有するカルボン酸とを、ラジカル重合開始剤と有機溶剤の存在下で溶液重合法などの公知の方法にて反応させて共重合体であるグリシジル基含有アクリル樹脂(a)又はカルボキシル基含有アクリル樹脂(b)を得る。
 次いで得られたグリシジル基含有アクリル樹脂(a)に重合性官能基を有するカルボン酸を加え、或いは得られたカルボキシル基含有アクリル樹脂(b)にグリシジル基を1個かつ重合性官能基を1個有する化合物(好ましくはグリシジルメタクリレート)を加え、必要に応じ加熱することによりアクリル系光硬化型樹脂(A)又はアクリル系光硬化型樹脂(B)を得る。この配合比は、グリシジル基とカルボキシル基のモル比が1/0.9~1/1となるように配合するのが好ましく、より好ましくは1/1である。グリシジル基過剰では長期安定性において増粘、ゲル化のおそれがあり、カルボキシル基過剰では皮膚刺激性が上がり作業性が低下する。さらに1/1の場合は残存グリシジル基がなくなり、貯蔵安定性が顕著に良好になる。反応は塩基性触媒、リン系触媒などの存在下で公知の方法にて行うことができる。
 また、本発明において、ヒドロキシル基を有するアクリル樹脂は、一般にメチルメタクリレートと、アルコール残基が炭素原子数2~10個の(メタ)アクリル酸エステルの少なくとも1種と、アルコール残基がヒドロキシル基を有する炭素原子数2~4個のアルキルの(メタ)アクリル酸エステルの少なくとも1種との共重合体である。メチルメタクリレートは、その繰り返し単位として、ポリマー中に50質量%以上(特に60~90質量%)含まれることが好ましい。反応性希釈剤との適当な組合せにより、良好な転写性と優れた硬化性の両立が容易となる。
 アルコール残基が炭素原子数2~10個(特に3~5個)のアルキルの(メタ)アクリル酸エステルとしては、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレートが好ましい。またこのような(メタ)アクリル酸エステルは、その繰り返し単位として、ポリマー中に、一般に5~30質量%、特に10~30質量%含まれることが好ましい。
 アルコール残基がヒドロキシル基を有する炭素原子数2~4個のアルキルの(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレートを挙げることができ、その繰り返し単位として、ポリマー中に、一般に5~25質量%、特に5~20質量%含まれることが好ましい。
 なお、モノマー成分として、他に炭素原子数が3~12個の脂環基(脂環式炭化水素基、脂環式エーテル基を含む)を有する(メタ)アクリル酸エステルを含んでいても良い。脂環基を有するアクリル酸エステルとしては、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ノルボルニル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
 本発明において、ポリマーは、数平均分子量が90000以上、特に90000~1000000、そして重量平均分子量が90000以上、特に90000~300000であることが好ましい。
 また、本発明では、ポリマー(好ましくはガラス転移温度が80℃以上)として、ヒドロキシル基等の活性水素を有する官能基及び光重合性官能基の両方を有するポリマーも使用することができる。このような反応性ポリマーとしては、例えば、主として前記アクリル系モノマーから得られる単独重合体又は共重合体(即ちアクリル樹脂)で、且つ、主鎖又は側鎖に光重合性官能基及び活性水素を有する官能基を有するものである。従って、このような反応性ポリマーは、例えば、メチルメタクリレートと、前記1種以上の(メタ)アクリレートと、ヒドロキシル基等の官能基を有する(メタ)アクリレート(例、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート)とを共重合させ、得られた重合体とイソシアナトアルキル(メタ)アクリレートなどの、重合体の官能基と反応し且つ光重合性基を有する化合物と反応させることにより得ることができる。その際、ヒドロキシル基が残るようにイソシアナトアルキル(メタ)アクリレートの量を調節して使用することにより、活性水素を有する官能基としてヒドロキシル基及び光重合性官能基を有するポリマーが得られる。
 或いは上記において、ヒドロキシル基の代わりにアミノ基を有する(メタ)アクリレート(例、2-アミノエチル(メタ)アクリレート)を用いることにより活性水素を有する官能基としてアミノ基を有する、光重合性官能基含有ポリマーを得ることができる。同様に、活性水素を有する官能基としてカルボキシル基等を有する、光重合性官能基含有ポリマーも得ることができる。
 本発明では、前記光重合性官能基をウレタン結合を介して有するアクリル樹脂も好ましい。
 上記光重合性官能基を有するポリマーは、光重合性官能基を一般に1~50モル%、特に5~30モル%含むことが好ましい。この光重合性官能基としては、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基が好ましく、特にアクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。
[反応性希釈剤]
 本発明において、光硬化性転写組成物に含まれる光重合性官能基を有する反応性希釈剤(モノマー及びオリゴマー)としては以下のものが挙げられる。例えば、(メタ)アクリレートモノマー類としては、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェニルオキシプロピル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシルポリエトキシ(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニルオキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、アクリロイルモルホリン、N-ビニルカプロラクタム、o-フェニルフェニルオキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-アクリロイロキシプロピルメタクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジプロポキシジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジアクリレート、グリセリンアクリレートメタクリレート、グリセリンジメタクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパンアクリレートメタクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、トリス〔(メタ)アクリロキシエチル〕イソシアヌレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカンモノ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、等を挙げることができる。また、(メタ)アクリレートオリゴマー類としては、ポリオール化合物(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,9-ノナンジオール、2-エチル-2-ブチル-1,3-プロパンジオール、トリメチロールプロパン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,4-ジメチロールシクロヘキサン、ビスフェノールAポリエトキシジオール、ポリテトラメチレングリコール等のポリオール類、前記ポリオール類とコハク酸、マレイン酸、イタコン酸、アジピン酸、水添ダイマー酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の多塩基酸又はこれらの酸無水物類との反応物であるポリエステルポリオール類、前記ポリオール類とε-カプロラクトンとの反応物であるポリカプロラクトンポリオール類、前記ポリオール類と前記、多塩基酸又はこれらの酸無水物類のε-カプロラクトンとの反応物、ポリカーボネートポリオール、ポリマーポリオール等)と、有機ポリイソシアネート(例えば、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタン-4,4'-ジイソシアネート、ジシクロペンタニルジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4'-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,2',4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等)と水酸基含有(メタ)アクリレート(例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェニルオキシプロピル(メタ)アクリレート、シクロヘキサン-1,4-ジメチロールモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート等)の反応物であるポリウレタン(メタ)アクリレート、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸の反応物であるビスフェノール型エポキシ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。これら光重合可能な官能基を有する化合物は1種又は2種以上、混合して使用することができる。
 本発明において、光硬化性組成物のポリマーと反応性希釈剤との質量比は、20:80~80:20、特に30:70~70:30の範囲が好ましい。
[光重合開始剤]
 光硬化性転写層を形成する光硬化性組成物に含まれる、光重合開始剤としては、公知のどのような光重合開始剤でも使用することができるが、配合後の貯蔵安定性の良いものが望ましい。このような光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン系、ベンジルジメチルケタールなどのベンゾイン系、ベンゾフェノン系、イソプロピルチオキサントン、2-4-ジエチルチオキサントンなどのチオキサントン系、その他特殊なものとしては、メチルフェニルグリオキシレートなどが使用できる。特に好ましくは、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-(4-(メチルチオ)フェニル)-2-モルホリノプロパン-1、ベンゾフェノン等が挙げられる。これら光重合開始剤は、必要に応じて、4-ジメチルアミノ安息香酸のごとき安息香酸系又は、第3級アミン系などの公知慣用の光重合促進剤の1種または2種以上を任意の割合で混合して使用することができる。また、光重合開始剤のみの1種または2種以上の混合で使用することができる。光硬化性組成物(不揮発分)中に、光重合開始剤を一般に0.1~20質量%、特に1~10質量%含むことが好ましい。
 光重合開始剤のうち、アセトフェノン系重合開始剤としては、例えば、4-フェノキシジクロロアセトフェノン、4-t-ブチル-ジクロロアセトフェノン、4-t-ブチル-トリクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、1-(4-ドデシルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-(4-(メチルチオ)フェニル)-2-モルホリノプロパン-1など、ベンゾフェノン系重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4-ベンッゾイル-4’-メチルジフェニルサルファイド、3,3’-ジメチル-4-メトキシベンゾフェノンなどが使用できる。
 アセトフェノン系重合開始剤としては、特に、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-(4-(メチルチオ)フェニル)-2-モルホリノプロパン-1が好ましい。ベンゾフェノン系重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンゾイル安息香酸メチルが好ましい。また、第3級アミン系の光重合促進剤としては、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、4,4’-ジメチルアミノベンゾフェノン、4,4’-ジエチルアミノベンゾフェノン、2-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸(n-ブトキシ)エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、4-ジメチルアミノ安息香酸2-エチルヘキシルなどが使用できる。特に好ましくは、光重合促進剤としては、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸(n-ブトキシ)エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、4-ジメチルアミノ安息香酸2-エチルヘキシルなどが挙げられる。
[ジイソシアネート]
 本発明において、光硬化性転写層を形成する光硬化性組成物中に硬化剤としてジイソシアネートを添加する場合は、トリレンジイソシアネート(TDI)、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタン-4,4-ジイソシアネート、ジシクロペンタニルジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4’-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,2’,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートを使用することができる。またトリメチロールプロパンのTDI付加体等の3官能以上のイソシアネート化合物等のポリイソシアネートシアネートも使用することができる。これらの中でトリメチロールプロパンのヘキサメチレンジイソシアネート付加体が好ましい。
 本発明において、ジイソシアネートは、光硬化性組成物(不揮発分)中に0.2~4質量%、特に0.2~2質量%の範囲で含まれていることが好ましい。転写層のしみ出しを防止するために適当な架橋がもたらされると共に、スタンパ等の金型の凹凸の良好な転写性も維持される。上記化合物とポリマーとの反応は、転写層形成後、徐々に進行し、常温(一般に25℃)、24時間でかなり反応している。転写層形成用の塗布液を調製した後、塗布するまでの間にも反応は進行するものと考えられる。転写層を形成後、ロール状態で巻き取る前にある程度硬化させることが好ましいので、必要に応じて、転写層を形成時、或いはその後、ロール状態で巻き取る前の間に加熱して反応を促進させても良い。
[その他]
 本発明において、光硬化性転写層を形成する光硬化性組成物には、更に、所望により下記の熱可塑性樹脂及び他の添加剤を添加することが好ましい。
 他の添加剤として、離型性をさらに向上させるため、滑剤(離型剤)を添加することができる。滑剤としては、リン酸アルキルポリオキシアルキレン化合物、リン酸トリアルキルエステル化合物、リン酸塩及びリン酸アミド等のリン原子含有化合物、非変性又は変性ポリシロキサン等のシリコーン系樹脂が挙げられる。滑剤の添加量は上記ポリマー(固形分)100質量部に対し通常0.01~5質量部である。
 また、他の添加剤として、シランカップリング剤(接着促進剤)を添加することができる。このシランカップリング剤としてはビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシランなどがあり、これらの1種を単独で又は2種以上を混合して用いることができる。これらシランカップリング剤の添加量は、上記ポリマー(固形分)100質量部に対し通常0.01~5質量部で十分である。
 また同様に接着性を向上させる目的でエポキシ基含有化合物を添加することができる。エポキシ基含有化合物としては、トリグリシジルトリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレート;ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル;1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル;アクリルグリシジルエーテル;2-エチルヘキシルグリシジルエーテル;フェニルグリシジルエーテル;フェノールグリシジルエーテル;p-t-ブチルフェニルグリシジルエーテル;アジピン酸ジグリシジルエステル;o-フタル酸ジグリシジルエステル;グリシジルメタクリレート;ブチルグリシジルエーテル等が挙げられる。 
 また、エポキシ基を含有した分子量が数百から数千のオリゴマーや重量平均分子量が数千から数十万のポリマーを添加することによっても同様の効果が得られる。これらエポキシ基含有化合物の添加量は上記ポリマー(固形分)100質量部に対し0.1~20質量部で十分で、上記エポキシ基含有化合物の少なくとも1種を単独で又は混合して添加することができる。
 更に他の添加剤として、加工性や貼り合わせ等の加工性向上の目的で炭化水素樹脂を添加することができる。この場合、添加される炭化水素樹脂は天然樹脂系、合成樹脂系のいずれでも差支えない。天然樹脂系ではロジン、ロジン誘導体、テルペン系樹脂が好適に用いられる。ロジンではガム系樹脂、トール油系樹脂、ウッド系樹脂を用いることができる。ロジン誘導体としてはロジンをそれぞれ水素化、不均一化、重合、エステル化、金属塩化したものを用いることができる。テルペン系樹脂ではα-ピネン、β-ピネンなどのテルペン系樹脂のほか、テルペンフェノール樹脂を用いることができる。また、その他の天然樹脂としてダンマル、コーバル、シェラックを用いても差支えない。一方、合成樹脂系では石油系樹脂、フェノール系樹脂、キシレン系樹脂が好適に用いられる。石油系樹脂では脂肪族系石油樹脂、芳香族系石油樹脂、脂環族系石油樹脂、共重合系石油樹脂、水素化石油樹脂、純モノマー系石油樹脂、クマロンインデン樹脂を用いることができる。フェノール系樹脂ではアルキルフェノール樹脂、変性フェノール樹脂を用いることができる。キシレン系樹脂ではキシレン樹脂、変性キシレン樹脂を用いることができる。
 上記炭化水素樹脂等の樹脂の添加量は適宜選択されるが、上記ポリマー(固形分)100質量部に対して1~20質量部が好ましく、より好ましくは5~15質量部である。
 以上の添加剤の他、本発明の光硬化性組成物は紫外線吸収剤、老化防止剤、染料、加工助剤等を少量含んでいてもよい。また、場合によってはシリカゲル、炭酸カルシウム等の微粒子等の添加剤を少量含んでもよい。
 本発明において、光硬化性転写層の周波数1Hzにおける貯蔵弾性率は、25℃において1×10Pa以下であることが好ましく、特に1×10~6×10Paの範囲であることが好ましい。また80℃において8×10Pa以下であることが好ましく、特に1×10~5×10Paの範囲であることが好ましい。これにより、精確で迅速な転写が可能となる。さらに、本発明の光硬化性転写層は、ガラス転移温度を20℃以下であることが好ましい。これにより、得られる光硬化性転写層がスタンパ等の金型の凹凸面に圧着されたとき、常温においてもその凹凸面に緊密に追随できる可撓性を有することができる。特に、ガラス転移温度が15℃~-50℃、さらに0℃~-40℃の範囲にすることにより追随性が高いものとなる。ガラス転移温度が高すぎると、貼り付け時に高圧力及び高圧力が必要となり作業性の低下につながり、また低すぎると、硬化後の十分な硬度が得られなくなる。
 また、本発明において、光硬化性転写層は、300mJ/cmの紫外線照射後のガラス転移温度が65℃以上となるように設計されていることが好ましい。短時間の紫外線照射により、転写での残留応力から発生しやすいピット形状等のダレ発生を防止することが容易で、転写されたピット形状等を保持することができる。
 光硬化性転写層13を円筒部材12の外周面に形成するには、どのような方法を用いても良い。上述の光硬化組成物の構成成分を均一に混合し、押出機、ロール等で混練した後、カレンダー、ロール、Tダイ押出、インフレーション等の製膜法により製膜し、円筒部材12に巻きつける方法、又は各構成成分を良溶媒に均一に混合溶解し、フローコート法、ロールコート法、グラビアロール法、マイヤバー法、リップダイコート法等により円筒部材12に塗工し、溶媒を乾燥することにより製膜する方法等が挙げられる。
 また、表面に易接着層を有するポリマーフィルムからなる透明フィルムに光硬化性転写層13を形成した光硬化性転写シートを、透明フィルム側で円筒部材12に巻きつけて接着し光硬化性転写層13を形成しても良い。この際、ハンドリング性の点で、光硬化性転写層13の上に剥離シートを設け、使用時に剥離シートを除去して用いても良い。
 また、光硬化性転写層13の両方の面に剥離シートを有する光硬化性転写シートを用いて、一方の剥離シートを剥がしながら、光硬化性転写層13を円筒部材12に巻きつけて貼り付け、使用時に他方の剥離シートを除去して用いても良い。
 光硬化性転写層13を安定した層厚で形成できる、両面に剥離シートを有する光硬化性転写シートを用いて、円筒部材12に光硬化性転写層13を貼り付ける方法が好ましい。
 光硬化性転写層13の厚さは、1~300μm、特に3~100μmが好ましい。
[円筒状モールドの製造装置]
 本発明の円筒状モールドの製造装置は、上述の円筒状モールドの製造方法に有利に使用できる製造装置である。例えば、図3(a)に示したように、光透過性の円筒部材12、及びその外周面に形成された加圧により変形可能な光硬化性転写層13からなる外側円筒部20と、外側円筒部20の内周側に、光硬化性転写層13の一部の領域を局所的に照射可能で、その照射領域を移動可能な紫外線照射部30を備えた円筒状転写版50、円筒状転写版50と対向配置された表面に微細な凹凸パターンを有する原版モールド70から構成されている。
 そして、本発明の円筒状モールドの製造装置は、円筒状転写版50を回転させながら、外側円筒部20の光硬化性転写層13を原版モールド70に押圧下に接触させ、原版モールド70の微細な凹凸パターン72を光硬化性転写層13に転写する押圧回転手段と、 光硬化性転写層13の転写領域15に、紫外線照射部30から紫外線を局所的に照射させるとともに、円筒状転写版50の回転にともなう転写領域15の移動に連動して、紫外線の照射領域を移動させる紫外線照射制御手段を備えている。
 紫外線照射制御手段のために、紫外線照射部30は、外周円筒部20と独立して回転可能で、一部にスリット24を有する紫外線遮蔽性の金属又はプラスチック製の円筒部材からなる内側円筒部22、内側円筒部22の内部に備えられた紫外線ランプ23、スリット24から外周側へ照射される紫外線を所定の領域に集光するための集光部25、スリット24設けられ、紫外線の照射の入切や紫外線の照射範囲を制御可能なシャッター26を備えていることが好ましい。集光部25は、光硬化性転写層13の所定の領域に局所的に集光できるものであればどのようなものでも良いが、線上の領域に集光できるシリンドリカルレンズが好ましい。また、シャッター26は、紫外線の照射範囲をより限定できるように、内側円筒部22のスリット24の周方向の幅を制御するだけでなく、軸方向の幅を制御可能なシャッターが好ましい。
 外側円筒部20と紫外線照射部30とは一体型でも良いが、外側円筒部20を紫外線照射部30から取り外し、別の外側円筒部を装着できる、カートリッジ型がコスト的に好ましい。
 上述の回転押圧手段、及び紫外線照射制御手段は、公知の駆動装置や制御機構を本発明の装置に組み込むことで行うことができる。
 なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々変形が可能である。例えば、本発明の円筒状モールドの製造方法を複数回行って、より大口径の円筒状モールドや、複数の中間円筒状モールドを製造しても良い。
 本発明の円筒状モールドの製造方法により、電子ディスプレイリブ、電子デバイス(リソグラフィ、トランジスタ)、光学部品(マイクロレンズアレイ、導波路、光学フィルタ、フォトニックス結晶)、バイオ関連材料(DNAチップ、マイクロリアクタ)、記録媒体(パターンドメディア、DVD)等の製造に有利な円筒状モールドを高精度、かつ低コストに得ることができる。
12       円筒部材
13       光硬化性転写層
15、15’   転写領域
15c      転写領域(硬化後)
17       反転凹凸パターン
20       外側円筒部
22       内側円筒部
23       紫外線ランプ
24       スリット
25       集光部
26       シャッター
30       紫外線照射部
50       円筒状転写版
60       平板状原版モールド
62、72    凹凸パターン
70       円筒状原版モールド

Claims (12)

  1.  外周面に微細な凹凸パターンを有する円筒状モールドの製造方法であって、
     光透過性の円筒部材、及びその外周面に形成された加圧により変形可能な光硬化性転写層からなる外側円筒部を有する円筒状転写版を回転させながら、
     前記外側円筒部の前記転写層を、前記円筒状転写版と同方向に移動する表面に微細な凹凸パターンを有する原版モールドの当該微細な凹凸パターンに押圧下に接触させ、前記微細な凹凸パターンを前記転写層に転写し、
     前記転写と同時に、外側円周部の内周側から、前記転写層の転写領域に紫外線を照射し、硬化させることにより、前記転写層に反転凹凸パターンを連続的に形成することを特徴とする円筒状モールドの製造方法。
  2.  前記円筒状転写版が、前記外側円筒部の内周側に、前記転写層の一部の領域に紫外線を局所的に照射可能で、且つ前記紫外線を照射する領域を移動可能な紫外線照射部を備える請求項1に記載の製造方法。
  3.  前記紫外線照射部が、前記外側円筒部と独立して回転可能で、一部にスリットを有する紫外線遮蔽性の円筒部材からなる内側円筒部、
     当該内側円筒部の内部に備えられた紫外線ランプ、
     前記スリットから外周側へ照射される紫外線を集光する集光部、及び
     前記スリットに設けられ、前記紫外線の照射の入切、及び照射範囲を制御可能なシャッター、
    を含む請求項2に記載の製造方法。
  4.  前記集光部が、シリンドリカルレンズである請求項3に記載の製造方法。
  5.  前記光透過性の円筒部材が、厚さ方向の波長300~450nmの透過率が80%以上で、且つ厚さ方向のヘイズが3.0以下である請求項1~4のいずれか1項に記載の製造方法。
  6.  前記光硬化性転写層が、ポリマーと光重合性官能基を有する反応性希釈剤を含む光硬化性組成物からなる請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
  7.  前記原版モールドが、円筒状原版モールドである請求項1~6のいずれか1項に記載の製造方法。
  8.  前記円筒状転写版の直径が、前記円筒状原版モールドの直径より大きい請求項7に記載の製造方法。
  9.  光透過性の円筒部材、及びその外周面に形成された加圧により変形可能な光硬化性転写層からなる外側円筒部と、該外側円筒部の内周側に、前記転写層の一部の領域に紫外線を局所的に照射可能で、且つ前記紫外線を照射する領域を移動可能な紫外線照射部とを備える円筒状転写版、
     前記円筒状転写版と対向配置された、表面に微細な凹凸パターンを有する原版モールド、
     前記円筒状転写版を回転させながら、前記外側円筒部の前記転写層を前記原版モールドに押圧下に接触させ、前記原版モールドの微細な凹凸パターンを前記転写層に転写する押圧回転手段、並びに
     前記転写層の転写領域に、前記紫外線照射部から紫外線を局所的に照射させるとともに、前記円筒状転写版の回転にともなう前記転写領域の移動に連動して、前記紫外線の照射領域を移動させる紫外線照射制御手段、を備えることを特徴とする円筒状モールドの製造装置。
  10.  前記紫外線照射部が、前記外側円筒部と独立して回転可能で、一部にスリットを有する紫外線遮蔽性の円筒部材からなる内側円筒部、
     当該内側円筒部の内部に備えられた紫外線ランプ、
     前記スリットから外周側へ照射される紫外線を集光する集光部、及び
     前記スリットに設けられ、前記紫外線の照射の入切、及び照射範囲を制御可能なシャッター、
    を含む請求項9に記載の製造装置。
  11.  前記集光部が、シリンドリカルレンズである請求項10に記載の製造装置。
  12.  前記光透過性の円筒部材が、厚さ方向の波長300~450nmの透過率が80%以上で、且つ厚さ方向のヘイズが3.0以下である請求項9~11のいずれか1項に記載の製造装置。
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